WO2013061635A1 - 成膜装置 - Google Patents

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WO2013061635A1
WO2013061635A1 PCT/JP2012/058870 JP2012058870W WO2013061635A1 WO 2013061635 A1 WO2013061635 A1 WO 2013061635A1 JP 2012058870 W JP2012058870 W JP 2012058870W WO 2013061635 A1 WO2013061635 A1 WO 2013061635A1
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WO
WIPO (PCT)
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spray
substrate
film forming
film
mist
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2012/058870
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
田村　壽宏
裕士 今田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Filing date
Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B14/00—Arrangements for collecting, re-using or eliminating excess spraying material

Definitions

  • the present invention relates to a film forming apparatus, and more particularly to a film forming apparatus that deposits a fine film forming material to form a film.
  • Transparent conductive films are widely used in the fields of semiconductors, displays and solar cells.
  • the transparent conductive film those made of metal oxides such as STO (strontium titanate) and ITO (Sn-doped indium oxide) are mainly used.
  • the transparent conductive film is generally formed using a sputtering method, a vapor deposition method, a metal organic chemical vapor deposition method using an organic metal compound, or the like.
  • the mist method is a method of forming a film by atomizing a solvent containing a raw material metal as a solute and spraying it on a substrate.
  • a film can be formed at atmospheric pressure, so that no manufacturing equipment such as a vacuum vessel and pumps is required.
  • a dangerous substance such as an organometallic compound is not used in the mist method, an inexpensive film forming apparatus with a simple configuration can be used.
  • Patent Document 1 JP-A-5-221613
  • a fixing unit is fixed to a chamber
  • a substrate is fixed on the fixing unit
  • a deposition surface of the substrate is set to face a bottom surface of the chamber.
  • a film-forming material is coated on the substrate surface from below to above through the nozzle opening.
  • a gas exhaust mechanism is provided below the substrate installation portion of the chamber to exhaust the reaction gas.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a film forming apparatus capable of continuously forming a plurality of films on a substrate with high quality.
  • a film forming apparatus includes a transfer mechanism that transfers a substrate along a transfer path, a plurality of film forming chambers that are arranged in the transfer path, and an adjacent film forming chamber among the plurality of film forming chambers.
  • a heating furnace that surrounds and heats a substrate that sequentially passes through a plurality of film forming chambers, and an exhaust mechanism that exhausts the inside of each of the plurality of film forming chambers; Is provided.
  • Each of the plurality of film forming chambers includes a housing and a spray mechanism that sprays mist obtained by forming the film forming material into fine particles in the housing.
  • the housing has an exhaust port located on one side wall and connected to the exhaust mechanism, and has an open portion facing the substrate that sequentially passes through the plurality of film formation chambers in the heating furnace. Mist flows from the spray mechanism through the opening to the exhaust port in each of the plurality of film forming chambers.
  • the exhaust flow rate from the exhaust port by the exhaust mechanism is larger than the inflow flow rate into the housing.
  • each of the plurality of film forming chambers further includes an introduction port located on one side wall of the housing for introducing a carrier gas for sending mist onto the substrate.
  • the exhaust flow rate is not less than 3 times and not more than 10 times the total flow rate of the flow rate of the mist sprayed from the spray mechanism and the flow rate of the carrier gas introduced from the introduction port.
  • the spray mechanism sprays mist obtained by forming the film forming material into fine particles with compressed air.
  • the spray mechanism includes a plurality of spray nozzles each having a spray port for spraying mist.
  • the spray ports of the plurality of spray nozzles face the substrate and are spaced apart from each other in a direction intersecting the substrate transport direction in plan view.
  • the film forming chamber further includes a blower mechanism that directs the mist sprayed from the spray mechanism toward the end portion of the substrate in the above-described direction intersecting the substrate transport direction in plan view.
  • the air blowing mechanism is composed of an air nozzle having a plurality of jet outlets for jetting compressed air.
  • the plurality of jet nozzles are positioned around the spray nozzles of the spray nozzles that face the substrate and are located at both ends of the plurality of spray nozzles in plan view.
  • a plurality of films can be continuously formed on a substrate with high quality.
  • FIG. 10 It is sectional drawing which shows the structure of the spraying mechanism and ventilation mechanism of the film-forming apparatus which concern on Embodiment 2 of this invention. It is the figure which looked at the spray mechanism and ventilation mechanism of FIG. 10 from the arrow XI direction. It is a graph which shows distribution of the arrival amount of mist in the longitudinal direction of the spray field arranged in a line. It is a graph which shows distribution of the sheet resistance value of the board
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the film thickness and the sheet resistance value.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between film thickness and light transmittance.
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between film thickness and haze ratio.
  • the vertical axis represents the sheet resistance value ( ⁇ / ⁇ ), and the horizontal axis represents the film thickness (nm).
  • the vertical axis indicates the light transmittance (%), and the horizontal axis indicates the film thickness (nm).
  • the vertical axis indicates the haze ratio (%), and the horizontal axis indicates the film thickness (nm).
  • the experimental data when an alkali barrier layer is provided between the substrate and the transparent conductive film is “ ⁇ ”, the approximate line thereof is a solid line, and the experiment when no alkali barrier layer is provided. Data is indicated by “x”, and its approximate line is indicated by a dotted line. Moreover, the approximate line in FIG. 16 has shown the approximate line of the upper limit of each data, and a lower limit.
  • the sheet resistance value decreases as the film thickness of the transparent conductive film increases.
  • the light transmittance decreases as the film thickness of the transparent conductive film increases.
  • the haze rate increases as the film thickness of the transparent conductive film increases. In the sheet resistance value, a difference was recognized depending on the presence or absence of the alkali barrier layer even when the film thickness of the transparent conductive film was the same.
  • the film thickness of the transparent conductive film is an important factor affecting the performance of the thin film solar cell. Therefore, it is desirable that the film thickness of the transparent conductive film formed on the substrate is uniform.
  • Embodiment 1 of the present invention will be described.
  • the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
  • film formation of a transparent conductive film used for a thin film solar cell will be described as an example, but the present invention can be applied to film formation of various films.
  • FIG. 1 is a side view showing a configuration of a film forming apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a film forming chamber included in the film forming apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a view of the film forming chamber of FIG. 2 as viewed from the direction of arrow III.
  • a film forming apparatus 10 includes an input unit 11 into which a substrate 200 is input, a preheating unit 12 in which the substrate 200 is preheated, and a substrate 200 that is subjected to a film forming process.
  • the film forming apparatus 10 includes a transfer conveyor 110 that is a transfer mechanism for transferring the substrate 200 along the transfer path.
  • the conveyor 110 is provided across the input unit 11, the preheating unit 12, the film forming unit 13, the slow cooling unit 14, and the takeout unit 15.
  • the conveyor 110 includes a conveyor belt 111 on which the substrate 200 is placed, a pulley 112 around which the conveyor belt 111 is wound, a drive shaft 113 that drives the pulley 112, and a motor (not shown) that applies power to the drive shaft 113. It consists of and.
  • the conveyor belt 111 is made of heat-resistant metal or resin.
  • the substrate 200 is transported in the direction indicated by the arrow 114 by the transport conveyor 110. That is, in the film forming apparatus 10 according to the present embodiment, the transport path of the substrate 200 is linear in plan view.
  • the conveyance path is not limited to a straight line, and the conveyance path may be bent in a plan view or may be a curved line.
  • the film forming apparatus 10 includes a plurality of film forming chambers 100 (100a, 100b, 100c, 100d) positioned so as to be aligned in the transfer path. Specifically, a film formation chamber 100a, a film formation chamber 100b, a film formation chamber 100c, and a film formation chamber 100d are provided in this order from the upstream side in the transport direction of the substrate 200. In the present embodiment, four film formation chambers 100 (100a, 100b, 100c, and 100d) are provided, but a plurality of film formation chambers 100 may be provided.
  • the film formation apparatus 10 is positioned in a tunnel shape along the transfer path so as to connect adjacent film formation chambers among the plurality of film formation chambers 100, and the substrate 200 that sequentially passes through the plurality of film formation chambers 100.
  • a heating furnace 120 is provided for surrounding and heating. As shown in FIG. 3, the lower portion of the housing 150 is covered with the heating furnace 120.
  • An opening is provided in the upper part of the tunnel-shaped heating furnace 120, and a housing 150 is incorporated in the opening.
  • the heating furnace 120 is provided over the four film formation chambers 100 (100a, 100b, 100c, 100d).
  • the heating furnace 120 is provided from the upstream side of the film forming chamber 100 a located upstream in the transport direction of the substrate 200 in order to preheat the substrate 200. That is, the heating furnace 120 is provided across the preheating unit 12 and the film forming unit 13.
  • the substrate 200 is heated while being transported in the heating furnace 120 by the transport conveyor 110.
  • the inside of the heating furnace 120 is maintained at substantially the same temperature, for example, 550 ° C.
  • the fine film forming material 160 is deposited on the substrate 200 to form a film.
  • the film forming chamber 100 is provided with a housing 150 and a spray mechanism that sprays mist obtained by forming the film forming material 160 into fine particles inside the housing 150.
  • the housing 150 has an exhaust port 152 for exhausting mist on one of the side walls.
  • a connection pipe 310 is connected to the exhaust port 152.
  • the other end of the connection pipe 310 is connected to a detoxification device 300 that detoxifies the exhausted mist through a valve 320 that opens and closes the connection pipe 310.
  • the abatement apparatus 300 includes a pump that is an exhaust mechanism. By driving the pump with the valve 320 opened, the inside of the film formation chamber 100 is exhausted from the exhaust port 152 through the connection pipe 310.
  • the film forming chamber 100 has an inlet 151 located on one side wall of the housing for introducing a carrier gas 170 for sending mist onto the substrate 200.
  • One end of a blower pipe 340 is connected to the introduction port 151.
  • the other end of the blower pipe 340 is connected to the blower 330 via a valve 350 that opens and closes the blower pipe 340.
  • the housing 150 has a partition wall 154 that divides the inside of the housing 150 into three spaces.
  • the first space is a spray mechanism arrangement space 158 in which a part of the spray mechanism is arranged.
  • the second space is a mist spray space 159 in which mist is sprayed from the spray mechanism.
  • the third space is an exhaust space 153 connected to the exhaust port 152.
  • the housing 150 has an open portion that faces the substrate 200 and allows the mist to flow from the mist spray space 159 onto the substrate 200.
  • the opening part is formed in the lower part of the housing 150. As shown in FIGS. 1 and 3, the open portion is located in the heating furnace 120.
  • a predetermined gap is provided between the substrate 200 being transported by the transport conveyor 110 and the open portion of the housing 150.
  • a gap 156 is provided between the side wall on the side where the introduction port 151 is located and the substrate 200.
  • a gap 157 is provided between the side wall on the side where the exhaust port 152 is located and the substrate 200.
  • the spray mechanism includes a spray nozzle 130 that atomizes the film forming material 160 with compressed air.
  • the spray mechanism has a spray port for spraying mist. Specifically, the solution of the film-forming material 160 stored in the tank 140 is pressurized by compressed air from a compressor (not shown) and passed through the passage 141, and the mist that has been atomized from the spray port 131 of the spray nozzle 130. Spray.
  • An opening 155 is formed in the housing 150 corresponding to the position of the spray nozzle 130.
  • the spray nozzle 130 is a two-fluid spray nozzle that sprays a mist obtained by mixing two fluids of a film forming material 160 and compressed air.
  • the mist means a state in which droplets having an average particle size of 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less are dispersed in a gas.
  • the average particle diameter of the mist is a value calculated by the immersion method.
  • the spray mechanism is not limited to the spray nozzle 130, and may be one that generates mist using ultrasonic waves.
  • the average particle diameter of the mist can be made uniform as compared with the case where the mist is generated by the spray nozzle 130. Therefore, the generated mists aggregate before reaching the substrate 200. This can be suppressed.
  • the spray ports 131 of the plurality of spray nozzles 130 are opposed to the substrate 200 in the housing 150 and arranged in a direction perpendicular to the transport direction of the substrate 200 in a space therebetween. Yes.
  • three spray nozzles 130 are arranged at the pitch L p , but the number of spray nozzles 130 is not limited to three and may be one or more.
  • the direction in which the plurality of spray nozzles 130 are arranged is not limited to the direction orthogonal to the transport direction of the substrate 200, but may be any direction that intersects the transport direction of the substrate 200.
  • the number of spray nozzles 130 provided is the amount of mist sprayed per unit time necessary to satisfy the desired tact time of the film forming process of the substrate 200 or the film forming speed necessary for performing the film forming process. It will be changed accordingly.
  • the distance between the upper end of the heating furnace 120 and the substrate 200 is set to L h / 4 with respect to the distance L h between the spray port of the spray nozzle 130 and the upper surface of the substrate 200.
  • a part of the carrier gas 170 introduced from the inlet 151 described later is sent to the spray nozzle 130 in order to cool the spray nozzle 130.
  • a cooling fan (not shown) is disposed in the vicinity of the spray nozzle 130.
  • the spray nozzle 130 is air-cooled by a cooling fan. Further, a cooling pipe for water cooling (not shown) is provided in the vicinity of the spray nozzle 130. As the cooling water circulates in the cooling pipe, the spray nozzle 130 is water-cooled.
  • the solution of the film forming material 160 before being sprayed from the spray nozzle 130 is cooled to a temperature equal to or lower than the boiling point. More preferably, the solution of the film forming material 160 is cooled to about room temperature.
  • This cooling can suppress the volatilization of the solvent in the solution of the film forming material 160 in the spray nozzle 130, so that the concentration of the solution of the film forming material 160 to be sprayed can be kept constant. Further, solidification of the film forming material 160 due to volatilization of the solvent in the solution of the film forming material 160 in the spray nozzle 130 can be suppressed.
  • the film can be formed using the film forming material 160 having a constant concentration, the quality of the film formed on the substrate 200 can be stabilized. Further, the clogging of the spray nozzle 130 due to the solidified film forming material 160 can be suppressed.
  • a solution in which a chloride of an inorganic material selected from the group consisting of zinc, tin, indium, cadmium and strontium is dissolved in a solvent can be used.
  • a solvent water, methanol, ethanol, butanol and the like can be used.
  • an aqueous solution containing zinc acetate, an aqueous solution containing indium tin oxide, an aqueous solution containing tin oxide, or the like can be used.
  • the solution of the film forming material 160 is not limited to this, and various solutions can be used.
  • the concentration of the film forming material 160 solution is not particularly limited, and is, for example, a concentration of 0.1 mol / L or more and 3 mol / L or less.
  • the valve 350 is opened and the carrier gas 170 made of, for example, compressed air blown from the blower 330 is introduced into the mist spray space 159 of the casing 150 from the inlet 151.
  • the carrier gas 170 introduced into the mist spray space 159 flows in the direction indicated by the arrow 171.
  • the carrier gas 170 for example, nitrogen, oxygen, hydrogen, and a mixed gas thereof can be used.
  • a carrier gas supply cylinder is attached to the blower 330.
  • Mist is sprayed from the spray nozzle 130 into the spray region 162 in the direction indicated by the arrow 161. Mist and carrier gas 170 are mixed with each other in mixing region 181. Thereafter, the mist flows in the direction indicated by the arrow 182 and reaches the open portion. Mist is sprayed onto the main surface of the substrate 200 from the open portion. A region where the mist is sprayed onto the substrate 200 is referred to as a spray region X.
  • the mist that has reached the spray region X flows along the main surface of the substrate 200. Specifically, the mist flows in a direction indicated by an arrow 183 between a facing surface that is a part of the partition wall 154 and that faces the main surface of the substrate 200, and the main surface of the substrate 200. A region where the mist flows in the direction indicated by the arrow 183 is referred to as a flow channel region Y.
  • the mist that has passed through the flow path region Y flows in the direction indicated by the arrow 184 in the exhaust space 153.
  • a region where the mist is directed from the main surface of the substrate to the exhaust port 152 in this way is referred to as an exhaust region Z.
  • the mist that has passed through the exhaust space 153 and has reached the exhaust port 152 is rendered harmless by the detoxifying device 300 and discharged to the outside as the exhaust gas 180.
  • the valve 320 shown in FIG. 1 is opened.
  • the abatement apparatus 300 is not illustrated.
  • the above-mentioned spray area X, flow path area Y, and exhaust area Z constitute an open portion.
  • the mist flows from the spray mechanism through the opening portion toward the exhaust port 152.
  • the substrate 200 passes through the vicinity of the open portion, so that the substrate 200 is formed.
  • the transfer conveyor 110 is provided so that the substrate 200 passes through the vicinity of the open part.
  • the substrate 200 is transferred by the transfer conveyor 110 so as to sequentially pass through the spray region X, the flow channel region Y, and the exhaust region Z in each of the plurality of film forming chambers 100 (100a, 100b, 100c, 100d). .
  • the substrate 200 is formed by depositing fine particles of the film forming material 160 on the main surface while passing through the spray region X, the flow channel region Y, and the exhaust region Z.
  • the substrate 200 is formed with a plurality of films such as a SiO 2 film as an alkali barrier layer and a transparent conductive oxide (TCO) as a transparent conductive film.
  • the alkali barrier layer is for preventing performance degradation of the solar cell due to alkali contained in the substrate 200. Therefore, when the substrate 200 is made of a material that does not contain much alkali, the alkali barrier layer need not be formed.
  • mists made of various film forming materials are used in the plurality of film forming chambers 100 (100a, 100b, 100c, 100d).
  • a mist using SiO 2 as the film forming material 160 is used in the film forming chamber 100a
  • a mist using SnO 2 as the film forming material 160 is used in the film forming chamber 100b.
  • the mist that has flowed into the heating furnace 120 from the gap 157 in any one of the plurality of film formation chambers 100 (100a, 100b, 100c, 100d)
  • the quality of the film to be formed is degraded.
  • the exhaust flow rate from the exhaust port 152 is set to be larger than the inflow flow rate into the housing 150 by the operation of the pump as the exhaust mechanism.
  • the inside of the housing 150 is maintained at a negative pressure, the mist sprayed from the spray nozzle 130 and flowing toward the exhaust port 152 through the open portion flows out from the gap 157 into the heating furnace 120. Can be suppressed.
  • the exhaust gas flow rate is not less than 3 times and not more than 10 times the total flow rate of the flow rate of the mist sprayed from the spray mechanism and the flow rate of the carrier gas 170 introduced from the introduction port 151.
  • the total flow rate of the flow rate of the mist sprayed from the spray mechanism and the flow rate of the carrier gas 170 introduced from the introduction port 151 is 1 m 3 / min, and the exhaust flow rate is 4 m 3 / min.
  • the exhaust flow rate is made smaller than three times the total flow rate, the ratio of mist in the exhaust becomes high and the temperature of the exhausted gas becomes high, so that the heat resistance required for the connecting pipe 310 and the abatement apparatus 300 increases. It is not preferable. If the exhaust flow rate is larger than 10 times the total flow rate, the capacity of the pump as the exhaust mechanism becomes large, which is not preferable.
  • the temperature in the heating furnace 120 is preferably 450 ° C or higher and 600 ° C or lower, and more preferably 520 ° C or higher and 580 ° C or lower.
  • the film formation rate is remarkably lowered by increasing the drying time of the mist adhering to the substrate 200.
  • the temperature in the heating furnace 120 is higher than 600 ° C.
  • the solvent contained in the mist volatilizes before reaching the substrate 200 in a part of the mist and reaches the substrate 200 by losing the film forming performance. As a result, the amount of mist is reduced and the film formation rate is significantly reduced.
  • the mist In order to form a uniform film on the substrate 200 by the mist generated by the above configuration, the mist needs to reach the entire surface of the substrate 200.
  • the spray region of the spray nozzle 130 will be described.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the outer shape of the spray region of the spray nozzle used in the film forming apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the spray area 162 of the spray nozzle 130, in a point distant distance L h from the spray port of the spray nozzle 130, and has an outer elliptical.
  • the length of the major axis has a L W
  • elliptical length of the minor axis is L T. That is, the spray region 162 has a longitudinal direction parallel to the major axis and a lateral direction parallel to the minor axis.
  • the zero point in FIG. 4 is an intersection of the major axis and the minor axis, and is a position immediately below the center of the spray nozzle 130 in the vertical direction.
  • FIG. 5 is a graph showing the relative spray strength in the longitudinal direction of the spray region of the spray nozzle according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a graph showing the relative spray strength in the short direction of the spray region of the spray nozzle according to the present embodiment.
  • the vertical axis indicates the relative spray strength (%)
  • the horizontal axis indicates the position (mm) from the zero point in the longitudinal direction of the spray region.
  • the vertical axis represents the relative spray strength (%)
  • the horizontal axis represents the position (mm) from the zero point in the short direction of the spray region.
  • the relative spray strength in the short direction of the spray region 162 of the spray nozzle 130 is 100% at the zero point, and decreases as the distance from the zero point increases. It is 0%.
  • the spray strength of the mist is weaker at the end than immediately below the center of the spray nozzle 130. This tendency is the same when a plurality of spray nozzles 130 are provided.
  • FIG. 7 is a graph showing the comparative spraying strength in the longitudinal direction of the spray area when 13 spray nozzles are arranged so that the longitudinal direction of each spray area is in a line with a pitch of 100 mm.
  • FIG. 8 is a graph showing the comparative spraying strength in the longitudinal direction of the spray region when 11 spray nozzles are arranged with a pitch of 120 mm so that the longitudinal direction of each spray region is in a line.
  • FIG. 9 is a graph showing the comparative spraying strength in the longitudinal direction of the spray region when nine spray nozzles are arranged so that the pitch direction is 150 mm and the longitudinal direction of each spray region is in a line.
  • the vertical axis represents the comparative spraying strength (%)
  • the horizontal axis represents the position (mm) from the zero point in the longitudinal direction of the spray region arranged in a line.
  • the comparative spray strength (%) indicates the spray strength when a plurality of spray nozzles are arranged at each pitch, with the maximum value of the relative spray strength of one spray nozzle as 100%. .
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the spray mechanism and the air blowing mechanism of the film forming apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 11 is a view of the spray mechanism and the air blowing mechanism of FIG. 10 as seen from the direction of the arrow XI.
  • the film forming chamber 100 is configured so that the mist sprayed from the spray mechanism is a substrate in a direction orthogonal to the transport direction of the substrate 200 in plan view. It further has an air blowing mechanism directed to the end of 200.
  • the position on the substrate 200 where the air blowing mechanism directs the mist is not limited to the end in the direction orthogonal to the transport direction of the substrate 200, and the transport direction of the substrate 200 in plan view where the plurality of spray nozzles 130 are located. What is necessary is just the edge part in the said direction to cross
  • the blower mechanism includes an air nozzle 190 that ejects compressed air as a supplementary gas.
  • the air nozzle 190 has a plurality of jet outlets 191.
  • the jet nozzle 191 of the air nozzle 190 faces the substrate 200 and is located around the spray port 131 of at least one of the plurality of spray nozzles 130 in plan view.
  • the film forming apparatus includes two air nozzles 190.
  • the outlets 191 of each of the two air nozzles 190 are around the spray port 131 of the spray nozzle 130 located at both ends of the plurality of spray nozzles 130 arranged so that the longitudinal direction of each spray region is in a line. Is arranged. Therefore, the mist ejected from the spray nozzles 131 of the spray nozzles 130 located at both ends is accelerated and sent by the compressed air ejected from the jet nozzle 191 of the air nozzle 190 toward the end of the substrate 200.
  • the two air nozzles 190 allow the film forming material 160 sprayed from the plurality of spray nozzles 130 to reach the substrate 200 while correcting the distribution.
  • the air nozzle 190 is used for the air blowing mechanism.
  • the air blowing mechanism is not limited as long as the mist can be directed to the substrate 200, and may be a nozzle that ejects carrier gas, for example.
  • the number of air nozzles 190 is not limited to two, and one or more air nozzles may be provided.
  • the pitch Lp was 120 mm and 10 spray nozzles 130 were arranged so that the longitudinal direction of each spray region 162 was in a line, and the open portion was 1200 mm.
  • FIG. 12 is a graph showing the distribution of the amount of mist reached in the longitudinal direction of the spray regions arranged in a row.
  • the vertical axis indicates the amount of mist that reaches the substrate 200 (cc / min)
  • the horizontal axis indicates the position (mm) from the center in the longitudinal direction of the spray regions arranged in one row. .
  • FIG. 13 is a graph showing the distribution of the sheet resistance value of the substrate in the direction orthogonal to the transport direction.
  • the vertical axis indicates the sheet resistance value ( ⁇ / ⁇ )
  • the horizontal axis indicates the position (mm) from the center of the substrate in the direction orthogonal to the conveyance direction.
  • the case where the complementary gas flow rate is 30 L / min is indicated by a solid line
  • the case where no complementary gas is flowing is indicated by a dotted line.
  • the sheet resistance value at the end of the substrate 200 is remarkably increased. This is because a thin film having a sufficient film thickness is not formed at the end of the substrate 200.
  • the jet nozzles 191 of the air nozzle 190 are arranged only around the spray ports 131 of the spray nozzles 130 arranged at both ends.
  • the arrangement of the jet nozzles 191 of the air nozzle 190 is not limited to this.
  • the ejection amount from the ejection port 191 of the air nozzle 190 disposed around the spray port 131 of the spray nozzle 130 disposed at both ends is made larger than the ejection amount from the ejection port 191 of the other air nozzle 190.
  • a thin film having a uniform thickness can be formed on the substrate 200.

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Abstract

　複数の成膜室(１００)の各々は、筐体(１５０)と、この筐体(１５０)内に成膜材料(１６０)を微粒子化したミストを噴霧するスプレーノズル(１３０)とを有する。筐体(１５０)は、１つの側壁に位置して排気機構と接続される排気口(１５２)を有し、かつ、複数の成膜室(１００)を順次通過する基板(２００)と対向する開放部を加熱炉(１２０)内に有する。上記ミストは、複数の成膜室(１００)の各々において、スプレーノズル(１３０)から開放部を通過して排気口(１５２)に向けて流動する。排気機構による排気口(１５２)からの排気流量は、筺体(１５０)内への流入流量より大きい。

Description

成膜装置
　本発明は、成膜装置に関し、特に、微粒子化した成膜材料を堆積させて成膜する成膜装置に関する。
　半導体、ディスプレイおよび太陽電池などの分野で、透明導電膜が広く利用されている。透明導電膜としては、ＳＴＯ（チタン酸ストロンチウム）およびＩＴＯ（Ｓｎドープ酸化インジウム）などの金属酸化物からなるものが主流である。透明導電膜は、一般的に、スパッタリング法、蒸着法、および、有機金属化合物を用いた有機金属化学気相成長法などを用いて成膜される。
　スパッタリング法および蒸着法においては、真空プロセスで成膜するため、真空容器などの真空雰囲気を形成して維持する設備が必要となる。有機金属化学気相成長法においては、原料として用いる有機金属化合物が爆発性および毒性を有するため、機密性の高い設備が必要となる。このため、上記の成膜方法を行なうためには、高価な成膜装置が必要となる。
　そこで、従来とは異なる成膜方法としてミスト法が提案されている。ミスト法は、原料金属を溶質として含む溶媒を霧化して基板上に噴霧することによって成膜する方法である。
　ミスト法においては、大気圧で成膜することができるため、真空容器およびポンプ類などの製造設備が不要である。また、ミスト法においては有機金属化合物のような危険物質を用いないため、簡易な構成で安価な成膜装置を使用することができる。
　ミスト法を用いた薄膜形成装置を開示した先行文献として、特開平５－２２１６１３号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された薄膜形成装置においては、チャンバに固定手段を固着し、この固定手段上に基板を固定し、この基板の被成膜面がチャンバの底面に向くように設定されている。ノズル口を通して下方から上方に向けて成膜材料をこの基板面に被覆する。チャンバの基板設置部の下方にガス排気機構を設けて、反応ガスを排気している。
特開平５－２２１６１３号公報
　基板上に異なる種類の膜を連続して成膜するためには、複数の成膜室を配置する必要がある。複数の成膜室を設けた場合、異なる種類のミストがそれぞれの成膜室に導入される。そのため、成膜室内に、隣接して配置された他の成膜室から異なるミストが混入することがある。この場合、基板上に形成される膜の品質が低下する。
　本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、基板上に複数の膜を連続して高品質に成膜できる、成膜装置を提供することを目的とする。
　本発明に基づく成膜装置は、基板を搬送経路に沿って搬送する搬送機構と、搬送経路中に並ぶように位置する複数の成膜室と、複数の成膜室のうち隣接する成膜室同士を繋ぐように搬送経路に沿ってトンネル状に位置し、複数の成膜室を順次通過する基板を取り囲んで加熱する加熱炉と、複数の成膜室の各々の内部を排気する排気機構とを備える。複数の成膜室の各々は、筐体と、この筐体内に成膜材料を微粒子化したミストを噴霧する噴霧機構とを有する。筐体は、１つの側壁に位置して排気機構と接続される排気口を有し、かつ、複数の成膜室を順次通過する基板と対向する開放部を加熱炉内に有する。ミストは、複数の成膜室の各々において、噴霧機構から開放部を通過して排気口に向けて流動する。排気機構による排気口からの排気流量は、筐体内への流入流量より大きい。
　本発明の一形態においては、複数の成膜室の各々は、ミストを基板上に送るためのキャリアガスを導入するために筐体の１つの側壁に位置する導入口をさらに有する。上記排気流量が、噴霧機構から噴霧されるミストの流量と導入口から導入されるキャリアガスの流量との合計流量の３倍以上１０倍以下である。
　本発明の一形態においては、噴霧機構は、成膜材料を圧縮空気により微粒子化したミストを噴霧する。
　本発明の一形態においては、噴霧機構は、ミストを噴霧する噴霧口を各々有する複数のスプレーノズルからなる。複数のスプレーノズルの各々の噴霧口は、基板と対向し、かつ、平面視において基板の搬送方向と交差する方向に互いに間隔を置いて位置する。
　本発明の一形態においては、成膜室は、噴霧機構から噴霧されたミストを、平面視において基板の搬送方向と交差する上記方向における基板の端部に向かわせる送風機構をさらに有する。
　本発明の一形態においては、送風機構は、圧縮空気を噴出する複数の噴出口を有するエアーノズルからなる。複数の噴出口は、基板と対向し、かつ、平面視において複数のスプレーノズルのうちの両端に位置するスプレーノズルの噴霧口の周囲に位置する。
　本発明によれば、基板上に複数の膜を連続して高品質に成膜できる。
本発明の実施形態１に係る成膜装置の構成を示す側面図である。 同実施形態に係る成膜装置に含まれる成膜室の構成を示す断面図である。 図２の成膜室を矢印ＩＩＩ方向から見た図である。 同実施形態に係る成膜装置に用いたスプレーノズルの噴霧領域の外形を示す模式図である。 同実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の長手方向における相対噴付強度を示すグラフである。 同実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の短手方向における相対噴付強度を示すグラフである。 ピッチを１００ｍｍとして１３ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。 ピッチを１２０ｍｍとして１１ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。 ピッチを１５０ｍｍとして９ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。 本発明の実施形態２に係る成膜装置の噴霧機構および送風機構の構成を示す断面図である。 図１０の噴霧機構および送風機構を矢印ＸＩ方向から見た図である。 一列に配置された噴霧領域の長手方向におけるミストの到達量の分布を示すグラフである。 搬送方向に直交する方向における基板のシート抵抗値の分布を示すグラフである。 膜厚とシート抵抗値との関係を示すグラフである。 膜厚と光透過率との関係を示すグラフである。 膜厚とヘイズ率との関係を示すグラフである。
　まず、薄膜太陽電池などに用いられる透明導電膜の成膜に関して、膜厚が各種性能に与える影響について説明する。
　図１４は、膜厚とシート抵抗値との関係を示すグラフである。図１５は、膜厚と光透過率との関係を示すグラフである。図１６は、膜厚とヘイズ率との関係を示すグラフである。図１４においては、縦軸にシート抵抗値(Ω／□)、横軸に膜厚(ｎｍ)を示している。図１５においては、縦軸に光透過率(％)、横軸に膜厚(ｎｍ)を示している。図１６においては、縦軸にヘイズ率(％)、横軸に膜厚(ｎｍ)を示している。
　なお、図１４～１６においては、基板と透明導電膜との間にアルカリバリア層を設けた場合の実験データを「○」、その近似線を実線で、アルカリバリア層を設けていない場合の実験データを「×」、その近似線を点線で示している。また、図１６における近似線は、各データの上限値および下限値の近似線を示している。
　図１４に示すように、透明導電膜の膜厚が大きくなるに従ってシート抵抗値が小さくなっている。図１５に示すように、透明導電膜の膜厚が大きくなるに従って光透過率が小さくなっている。図１６に示すように、透明導電膜の膜厚が大きくなるに従ってヘイズ率が大きくなっている。シート抵抗値においては、透明導電膜の膜厚が同一であってもアルカリバリア層の有無により差が認められた。
　上記のように透明導電膜の膜厚は、薄膜太陽電池の性能に影響を及ぼす重要なファクターである。そのため、基板上に成膜される透明導電膜の膜厚は均一であることが望ましい。
　以下、本発明の実施形態１に係る成膜装置について説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。本実施形態においては、薄膜太陽電池などに用いられる透明導電膜の成膜を例に説明するが、本発明は様々な膜の成膜に応用可能である。
　(実施形態１)
　図１は、本発明の実施形態１に係る成膜装置の構成を示す側面図である。図２は、本実施形態に係る成膜装置に含まれる成膜室の構成を示す断面図である。図３は、図２の成膜室を矢印ＩＩＩ方向から見た図である。
　図１に示すように、本発明の実施形態１に係る成膜装置１０は、基板２００が投入される投入部１１と、基板２００が予熱される予熱部１２と、基板２００が成膜処理される成膜部１３と、基板２００が冷却される徐冷部１４と、基板２００が取り出される取出し部１５とを有している。
　図１から３に示すように、成膜装置１０は、基板２００を搬送経路に沿って搬送する搬送機構である搬送コンベア１１０を備える。搬送コンベア１１０は、投入部１１、予熱部１２、成膜部１３、徐冷部１４および取出し部１５に亘って設けられている。
　搬送コンベア１１０は、基板２００が載置される搬送ベルト１１１と、搬送ベルト１１１が巻き掛けられたプーリ１１２と、プーリ１１２を駆動させる駆動軸１１３と、駆動軸１１３に動力を付与する図示しないモータとから構成されている。搬送ベルト１１１は、耐熱性を有する金属または樹脂から形成されている。
　基板２００は、搬送コンベア１１０により矢印１１４で示す方向に搬送される。すなわち、本実施形態に係る成膜装置１０においては、基板２００の搬送経路は平面視において直線状である。ただし、搬送経路は直線状に限られず、搬送経路が平面視において屈曲していてもよいし、曲線状であってもよい。
　また、成膜装置１０は、搬送経路中に並ぶように位置する複数の成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)を備える。具体的には、基板２００の搬送方向の上流側から順に、成膜室１００ａ、成膜室１００ｂ、成膜室１００ｃ、成膜室１００ｄが設けられている。本実施形態においては、４つの成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)が設けられているが、複数の成膜室１００が設けられていればよい。
　さらに、成膜装置１０は、複数の成膜室１００のうち隣接する成膜室同士を繋ぐように搬送経路に沿ってトンネル状に位置し、複数の成膜室１００を順次通過する基板２００を取り囲んで加熱する加熱炉１２０を備える。図３に示すように、筐体１５０の下部が、加熱炉１２０に覆われている。
　トンネル状の加熱炉１２０の上部に開口が設けられ、その開口内に筐体１５０が組み込まれている。加熱炉１２０は、４つの成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)に亘って設けられている。加熱炉１２０は、基板２００を予熱するために、基板２００の搬送方向の上流側に位置する成膜室１００ａより上流側から設けられている。すなわち、加熱炉１２０は、予熱部１２および成膜部１３に亘って設けられている。
　基板２００は、搬送コンベア１１０により加熱炉１２０内を搬送されつつ加熱される。基板２００に成膜する際には、加熱炉１２０内は、ほぼ同一の温度、たとえば５５０℃に維持されている。
　本実施形態に係る成膜室１００においては、微粒子化した成膜材料１６０を基板２００上に堆積させて成膜する。図２に示すように、成膜室１００には、筐体１５０と、筐体１５０の内部に成膜材料１６０を微粒子化したミストを噴霧する噴霧機構とが設けられている。
　筐体１５０は、側壁の１つに、ミストを排気するための排気口１５２を有している。図１に示すように、排気口１５２には、接続管３１０の一端が接続されている。接続管３１０の他端は、排気されたミストを無害化処理する除害装置３００に、接続管３１０を開閉するバルブ３２０を介して接続されている。除害装置３００は、排気機構であるポンプを含む。バルブ３２０が開いた状態でポンプが駆動することにより、排気口１５２から接続管３１０を通じて、成膜室１００の内部が排気される。
　図１，２に示すように、成膜室１００は、ミストを基板２００上に送るためのキャリアガス１７０を導入するために筐体の１つの側壁に位置する導入口１５１を有している。導入口１５１には、送風管３４０の一端が接続されている。送風管３４０の他端は、送風管３４０を開閉するバルブ３５０を介して送風機３３０に接続されている。
　また、筐体１５０は、筐体１５０内を３つの空間に分割する仕切壁１５４を有している。第１の空間は、噴霧機構の一部が配置される噴霧機構配置空間１５８である。第２の空間は、噴霧機構からミストが噴霧されるミスト噴霧空間１５９である。第３の空間は、排気口１５２と繋がっている排気空間１５３である。
　筐体１５０は、ミスト噴霧空間１５９からミストを基板２００上に流動可能とする、基板２００と対向する開放部を有している。開放部は、筐体１５０の下部に形成されている。図１，３に示すように、開放部は、加熱炉１２０内に位置している。
　搬送コンベア１１０により搬送されている基板２００と筐体１５０の開放部との間には、所定の間隙が設けられている。導入口１５１が位置する側の側壁と基板２００との間には、間隙１５６が設けられている。排気口１５２が位置する側の側壁と基板２００との間には、間隙１５７が設けられている。
　噴霧機構は、成膜材料１６０を圧縮空気により微粒子化して噴霧するスプレーノズル１３０からなる。噴霧機構は、ミストを噴霧する噴霧口を有する。具体的には、図示しないコンプレッサーからの圧縮空気により、タンク１４０に貯溜されている成膜材料１６０の溶液を加圧して通路１４１を通過させ、スプレーノズル１３０の噴霧口１３１から微粒子化したミストを噴霧する。筐体１５０には、スプレーノズル１３０の位置に対応して開口１５５が形成されている。
　スプレーノズル１３０は、成膜材料１６０の溶液と圧縮空気との２流体を混合したミストを噴霧する２流体スプレーノズルである。ここで、ミストとは、平均粒子経が０．１μｍ以上１００μｍ以下の液滴が気体中に分散された状態のものをいう。ミストの平均粒子径は、液浸法によって算出された値とする。
　ただし、噴霧機構はスプレーノズル１３０に限られず、超音波を用いてミストを発生させるものでもよい。超音波振動子によってミストを発生させる場合、スプレーノズル１３０によりミストを発生させる場合に比べて、ミストの平均粒子径を均一にできるため、発生させたミスト同士が基板２００に到達する前に凝集することを抑制できる。
　図３に示すように、複数のスプレーノズル１３０の噴霧口１３１は、平面視において、筐体１５０内で基板２００と対向して互いに間隔を置いて基板２００の搬送方向と直交する方向に並んでいる。図３においては、ピッチＬpで３つのスプレーノズル１３０を配置しているが、スプレーノズル１３０の数は３つに限られず１つ以上であればよい。また、複数のスプレーノズル１３０が配置される方向は、基板２００の搬送方向と直交する方向に限られず、基板２００の搬送方向と交差する方向であればよい。
　設けられるスプレーノズル１３０の数は、基板２００の成膜処理の所望のタクトタイムを満たすために必要な単位時間当たりのミストの噴霧量、または、成膜処理を行なううえで必要な成膜速度に応じて適宜変更される。
　スプレーノズル１３０の噴霧口と基板２００の上面との間の距離Ｌhに対して加熱炉１２０の上端と基板２００との間の距離はＬh／４に設定されている。
　なお、後述する導入口１５１から導入されるキャリアガス１７０の一部は、スプレーノズル１３０を冷却するためにスプレーノズル１３０に対して送られる。スプレーノズル１３０にキャリアガス１７０を送るために、スプレーノズル１３０の近傍に図示しない冷却ファンが配置されている。
　スプレーノズル１３０は、冷却ファンにより空冷される。さらに、スプレーノズル１３０の近傍に、図示しない水冷用の冷却管が設けられている。冷却管内を冷却水が循環することによりスプレーノズル１３０が水冷される。
　このように、スプレーノズル１３０の近傍を冷却することにより、スプレーノズル１３０から噴き付けられる前の成膜材料１６０の溶液が沸点以下の温度まで冷却される。より好ましくは、成膜材料１６０の溶液が室温程度まで冷却される。
　この冷却により、成膜材料１６０の溶液中の溶媒がスプレーノズル１３０内において揮発することを抑制できるため、噴き付けられる成膜材料１６０の溶液の濃度を一定に保つことができる。また、スプレーノズル１３０内において成膜材料１６０の溶液中の溶媒が揮発することによる成膜材料１６０の固化を抑制できる。
　その結果、一定の濃度の成膜材料１６０を用いて成膜できるため、基板２００上に成膜される膜の品質を安定させることができる。また、固化した成膜材料１６０によるスプレーノズル１３０の目詰まりを抑制することができる。
　成膜材料１６０の溶液としては、亜鉛、スズ、インジウム、カドミウムおよびストロンチウムからなる群より選択される無機材料の塩化物を、溶媒に溶解させた溶液を用いることができる。溶媒としては、水、メタノール、エタノールおよびブタノールなどを用いることができる。このような成膜材料１６０の溶液としては、たとえば、酢酸亜鉛を含む水溶液、酸化インジウム錫を含む水溶液および酸化錫を含む水溶液などを用いることができる。
　ただし、成膜材料１６０の溶液としてはこれに限られず、種々の溶液を用いることができる。成膜材料１６０の溶液の濃度は特に限定されないが、たとえば、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上３ｍｏｌ／Ｌ以下の濃度である。
　ここで、筐体１５０内におけるガスの流動経路について説明する。まず、バルブ３５０が開かれて送風機３３０から送風された、たとえば圧縮空気からなるキャリアガス１７０が導入口１５１から筐体１５０のミスト噴霧空間１５９内に導入される。ミスト噴霧空間１５９内に導入されたキャリアガス１７０は、矢印１７１で示す向きに流動する。キャリアガス１７０としては、たとえば、窒素、酸素、水素およびこれらの混合ガスを用いることができる。空気以外のキャリアガス１７０を用いる場合には、送風機３３０にキャリアガス供給ボンベが併設されている。
　スプレーノズル１３０からミストが、矢印１６１で示す向きに噴霧領域１６２中に噴霧される。ミストとキャリアガス１７０とは、混合領域１８１において互いに混合される。その後、ミストは、矢印１８２で示す向きに流動して開放部に到達する。ミストは、開放部から基板２００の主面上に噴き付けられる。ミストが基板２００上に噴き付けられる領域を、噴き付け領域Ｘと称する。
　噴き付け領域Ｘに到達したミストは、基板２００の主面に沿って流動する。具体的には、仕切壁１５４の一部であって基板２００の主面と対向している対向面と、基板２００の主面との間を矢印１８３で示す向きにミストが流動する。ミストが矢印１８３で示す向きに流動する領域を、流路領域Ｙと称する。
　流路領域Ｙを通過したミストは、排気空間１５３内を矢印１８４で示す向きに流動する。このようにミストが基板の主面上から排気口１５２に向かう領域を、排気領域Ｚと称する。排気空間１５３内を通過して排気口１５２に到達したミストは、除害装置３００により無害化されて排気ガス１８０として外部に放出される。このとき、図１に示すバルブ３２０が開かれている。なお、図２においては、除害装置３００を図示していない。
　上記の噴き付け領域Ｘと流路領域Ｙと排気領域Ｚとから開放部が構成されている。ミストは、複数の成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)の各々において、噴霧機構から開放部を通過して排気口１５２に向けて流動する。
　図１に示すように、成膜室１００ａにおいて、矢印４００で示すようにミストが流動する。成膜室１００ｂにおいて、矢印４１０で示すようにミストが流動する。成膜室１００ｃにおいて、矢印４２０で示すようにミストが流動する。成膜室１００ｄにおいて、矢印４３０で示すようにミストが流動する。
　上記のようにミストが流動している状態で、開放部の近傍を基板２００が通過することにより、基板２００が成膜処理される。本実施形態の成膜装置１０においては、開放部の近傍を基板２００が通過するように搬送コンベア１１０が設けられている。
　基板２００は、搬送コンベア１１０により、複数の成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)の各々において、噴き付け領域Ｘ、流路領域Ｙおよび排気領域Ｚを順に通過するように搬送される。基板２００は、噴き付け領域Ｘ、流路領域Ｙおよび排気領域Ｚを通過する間に、主面上に成膜材料１６０の微粒子が堆積することにより成膜される。
　たとえば、基板２００には、アルカリバリア層としてＳｉＯ2膜、および、透明導電膜としてＴＣＯ(Transparent　Conductive　Oxide)などの複数の膜が形成される。なお、アルカリバリア層は、基板２００に含まれるアルカリ分による太陽電池の性能低下を防止するためのものである。そのため、基板２００がアルカリ分を多く含まない材質からなる場合、アルカリバリア層を形成しなくてもよい。
　このように基板２００上に異なる種類の膜を形成する場合は、複数の成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)において、種々の成膜材料からなるミストが用いられる。たとえば、成膜室１００ａにおいてＳｉＯ2を成膜材料１６０とするミストを用い、成膜室１００ｂにおいてＳｎＯ2を成膜材料１６０とするミストを用いる。
　そのため、複数の成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)のいずれかにおける間隙１５７から加熱炉１２０内に流出したミストが、隣接する他の成膜室１００における間隙１５６からその成膜室１００内に混入して噴き付け領域Ｘに到達した場合、成膜される膜の品質が低下する。
　そこで、本実施形態に係る成膜装置１０においては、排気機構であるポンプの稼働により排気口１５２からの排気流量を、筐体１５０内への流入流量より大きくなるように設定している。その結果、筺体１５０内が負圧に保たれるため、スプレーノズル１３０から噴霧されて開放部を通過して排気口１５２に向けて流動するミストが、間隙１５７から加熱炉１２０内に流出することを抑制できる。
　このようにすることにより、複数の成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)の各々において、ミストの混入を抑制することができ、基板２００上に連続して複数の高品質の膜を成膜できる。
　より好ましくは、排気流量が、噴霧機構から噴霧されるミストの流量と導入口１５１から導入されるキャリアガス１７０の流量との合計流量の３倍以上１０倍以下である。本実施形態においては、噴霧機構から噴霧されるミストの流量と導入口１５１から導入されるキャリアガス１７０の流量との合計流量を１ｍ3／ｍｉｎとし、排気流量を４ｍ3／ｍｉｎとしている。
　排気流量を上記合計流量の３倍より小さくすると、排気中のミストの比率が高くなり排気される気体の温度が高くなるため、接続管３１０および除害装置３００に要求される耐熱性が高くなって好ましくない。排気流量を上記合計流量の１０倍より大きくすると、排気機構であるポンプの容量が大きくなり好ましくない。
　排気流量を上記合計流量の３倍以上１０倍以下にすることにより、成膜装置１０をコンパクトにして装置コストを低減しつつ、基板２００上に連続して高品質の膜を成膜できる。
　ＳｎＯ2からなる透明導電膜を形成する場合には、加熱炉１２０内の温度は、４５０℃以上６００℃以下であることが好ましく、５２０℃以上５８０℃以下であることがより好ましい。
　加熱炉１２０内の温度が４５０℃未満である場合、基板２００上に付着したミストの乾燥時間が長くなることにより成膜レートが著しく低下する。一方、加熱炉１２０内の温度が６００℃より高い場合、ミストの一部において基板２００上に到達する前にミストに含まれる溶媒が揮発して成膜性能を失うことにより、基板２００上に到達するミストの量が低下して成膜レートが著しく低下する。
　上記の構成により発生したミストにより基板２００上に均一な膜を形成するためには、ミストを基板２００上の全体に到達させる必要がある。ここで、スプレーノズル１３０の噴霧領域について説明する。
　図４は、本実施形態に係る成膜装置に用いたスプレーノズルの噴霧領域の外形を示す模式図である。図４に示すように、スプレーノズル１３０の噴霧領域１６２は、スプレーノズル１３０の噴霧口から距離Ｌh離れた地点において、楕円形状の外形を有している。
　具体的には、長径の長さがＬW、短径の長さがＬTである楕円形状を有している。すなわち、噴霧領域１６２は、長径に平行な長手方向と、短径に平行な短手方向とを有している。図４中の０点は、長径と短径との交点であって、スプレーノズル１３０の中心の鉛直方向における直下の位置である。
　図５は、本実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の長手方向における相対噴付強度を示すグラフである。図６は、本実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の短手方向における相対噴付強度を示すグラフである。
　図５においては、縦軸に相対噴付強度(％)、横軸に噴霧領域の長手方向における０点からの位置(ｍｍ)を示している。図６においては、縦軸に相対噴付強度(％)、横軸に噴霧領域の短手方向における０点からの位置(ｍｍ)を示している。
　図５に示すように、Ｌh＝３００ｍｍの地点においては、スプレーノズル１３０の噴霧領域１６２の長手方向における相対噴付強度は、０点から離れるに従って上昇して１００％になった後、さらに０点から離れるに従って下降して０％になっている。
　図６に示すように、Ｌh＝３００ｍｍの地点においては、スプレーノズル１３０の噴霧領域１６２の短手方向における相対噴付強度は、０点において１００％であり、０点から離れるに従って下降して０％になっている。
　このように、噴霧領域１６２内において、スプレーノズル１３０の中心の直下より端部の方がミストの噴付強度が弱くなる。この傾向は、複数のスプレーノズル１３０を設けた場合にも同様である。
　図７は、ピッチを１００ｍｍとして１３ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。図８は、ピッチを１２０ｍｍとして１１ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。図９は、ピッチを１５０ｍｍとして９ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。
　図７～９においては、縦軸に比較噴付強度(％)、横軸に、一列に配置された噴霧領域の長手方向における０点からの位置(ｍｍ)を示している。なお、比較噴付強度(％)は、上記の１ヶのスプレーノズルの相対噴付強度の最大値を１００％として、複数のスプレーノズルを各ピッチで配置したときの噴付強度を示している。
　図７～９に示すように、Ｌh＝３００ｍｍの地点においては、ピッチを１２０ｍｍとしてスプレーノズルを配置した場合に、噴霧領域の長手方向における比較噴付強度が比較的均一になっていた。このようにスプレーノズル１３０のピッチを適宜調節して基板２００上へのミストの噴き付け強度を均一にすることにより、基板２００上に均一な膜厚の膜を成膜することができる。
　以下、本発明の実施形態２に係る成膜装置について説明する。なお、本実施形態に係る成膜装置は、送風機構を備える点のみ実施形態１に係る成膜装置１０と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
　(実施形態２)
　図１０は、本発明の実施形態２に係る成膜装置の噴霧機構および送風機構の構成を示す断面図である。図１１は、図１０の噴霧機構および送風機構を矢印ＸＩ方向から見た図である。
　図１０に示すように、本発明の実施形態２に係る成膜装置においては、成膜室１００は、噴霧機構から噴霧されたミストを、平面視において基板２００の搬送方向と直交する方向における基板２００の端部に向かわせる送風機構をさらに有する。ただし、送風機構がミストを向かわせる基板２００上の位置は、基板２００の搬送方向と直交する方向における端部に限られず、複数のスプレーノズル１３０が位置する、平面視において基板２００の搬送方向と交差する上記方向における端部であればよい。
　本実施形態においては、送風機構は補完ガスとして圧縮空気を噴出するエアーノズル１９０からなる。エアーノズル１９０は、複数の噴出口１９１を有する。エアーノズル１９０の噴出口１９１は、基板２００と対向し、かつ、平面視において複数のスプレーノズル１３０のうちの少なくとも１つのスプレーノズル１３０の噴霧口１３１の周囲に位置する。
　本実施形態に係る成膜装置は、２つのエアーノズル１９０を備えている。２つのエアーノズル１９０の各々の噴出口１９１は、各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置された複数のスプレーノズル１３０のうちの両端に位置するスプレーノズル１３０の噴霧口１３１の周囲に配置されている。そのため、両端に位置するスプレーノズル１３０の噴霧口１３１から噴出されたミストが、エアーノズル１９０の噴出口１９１から基板２００の端部に向けて噴出された圧縮空気により加速されて送られる。
　すなわち、２つのエアーノズル１９０は、複数のスプレーノズル１３０から噴霧された成膜材料１６０を基板２００上に分布を補正して到達させる。本実施形態においては送風機構にエアーノズル１９０を用いたが、送風機構は基板２００にミストを向かわせることができればよく、たとえば、キャリアガスを噴出するノズルでもよい。また、エアーノズル１９０の数は２つに限られず、１つ以上設けられていればよい。
　エアーノズル１９０を設けた場合の効果を確認した。ピッチＬpを１２０ｍｍとして１０ヶのスプレーノズル１３０を各々の噴霧領域１６２の長手方向が一列になるように配置して、開放部を１２００ｍｍとした。
　図１２は、一列に配置された噴霧領域の長手方向におけるミストの到達量の分布を示すグラフである。図１２においては、縦軸に基板２００上へのミストの到達量(ｃｃ／ｍｉｎ)、横軸に、１列に配置された噴霧領域の長手方向における中心からの位置(ｍｍ)を示している。
　図１２に示すように、エアーノズル１９０から３０Ｌ／ｍｉｎまたは４０Ｌ／ｍｉｎの流量で圧縮空気を噴出させた場合、基板２００の端部に到達するミストの量が増加していることが確認された。
　図１３は、搬送方向に直交する方向における基板のシート抵抗値の分布を示すグラフである。図１３においては、縦軸にシート抵抗値(Ω／□)、横軸に搬送方向に直交する方向における基板の中心からの位置(ｍｍ)を示している。また、補完ガス流量が３０Ｌ／ｍｉｎである場合を実線で、補完ガスを流していない場合を点線で示している。
　図１３に示すように、エアーノズル１９０を設けていない場合は、基板２００の端部におけるシート抵抗値が著しく増加している。これは、基板２００の端部に十分な膜厚の薄膜が形成されていないことによる。
　一方、補完ガスとしてエアーノズル１９０から圧縮空気を噴出させた場合は、基板２００の端部におけるシート抵抗値の増加が抑制されている。基板２００の全体において、太陽電池として使用可能な透明導電膜が均一な膜厚で形成されていることが確認された。
　なお、本実施形態においては、エアーノズル１９０の噴出口１９１を両端に配置されたスプレーノズル１３０の噴霧口１３１の周囲のみに配置したが、エアーノズル１９０の噴出口１９１の配置はこれに限られず、たとえば、全てのスプレーノズル１３０の噴霧口１３１の周囲に配置してもよい。その場合、両端に配置されたスプレーノズル１３０の噴霧口１３１の周囲に配置されたエアーノズル１９０の噴出口１９１からの噴出量を他のエアーノズル１９０の噴出口１９１からの噴出量より多くすることにより、基板２００上に均一な膜厚の薄膜を形成することができる。
　本実施形態においては、エアーノズル１９０の噴出口１９１から圧縮空気を噴出させているため、実施形態１に係る成膜装置１０の排気流量に比較して、エアーノズル１９０からの噴出流量の３倍以上１０倍以下の範囲で排気流量が高く設定されている。このようにすることにより、筐体１５０内を負圧に維持して、複数の成膜室１００の各々においてミストの混入を抑制することができるため、基板２００上に均一な膜厚の複数の膜を連続して高品質に成膜することができる。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１０　成膜装置、１１　投入部、１２　予熱部、１３　成膜部、１４　徐冷部、１５　取出し部、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ　成膜室、１１０　搬送コンベア、１１１　搬送ベルト、１１２　プーリ、１１３　駆動軸、１２０　加熱炉、１３０　スプレーノズル、１３１　噴霧口、１４０　タンク、１４１　通路、１５０　筐体、１５１　導入口、１５２　排気口、１５３　排気空間、１５４　仕切壁、１５５　開口、１５６，１５７　間隙、１５８　噴霧機構配置空間、１５９　ミスト噴霧空間、１６０　成膜材料、１６２　噴霧領域、１７０　キャリアガス、１８０　排気ガス、１８１　混合領域、１９０　エアーノズル、１９１　噴出口、２００　基板、３００　除害装置、３１０　接続管、３２０，３５０　バルブ、３３０　送風機、３４０　送風管、Ｘ　噴き付け領域、Ｙ　流路領域、Ｚ　排気領域。

Claims (6)

  1. 　基板(２００)を搬送経路に沿って搬送する搬送機構(１１０)と、
    　前記搬送経路中に並ぶように位置する複数の成膜室(１００)と、
    　前記複数の成膜室(１００)のうち隣接する成膜室(１００)同士を繋ぐように前記搬送経路に沿ってトンネル状に位置し、前記複数の成膜室(１００)を順次通過する基板(２００)を取り囲んで加熱する加熱炉(１２０)と、
    　前記複数の成膜室(１００)の各々の内部を排気する排気機構と
    を備え、
    　前記複数の成膜室(１００)の各々は、筐体(１５０)と、該筐体(１５０)内に成膜材料を微粒子化したミストを噴霧する噴霧機構とを有し、
    　前記筐体(１５０)は、１つの側壁に位置して前記排気機構と接続される排気口(１５２)を有し、かつ、前記複数の成膜室(１００)を順次通過する基板(２００)と対向する開放部を前記加熱炉(１２０)内に有し、
    　前記ミストは、前記複数の成膜室(１００)の各々において、前記噴霧機構から前記開放部を通過して前記排気口(１５２)に向けて流動し、
    　前記排気機構による前記排気口(１５２)からの排気流量は、前記筐体(１５０)内への流入流量より大きい、成膜装置。
  2. 　前記複数の成膜室(１００)の各々は、前記ミストを基板(２００)上に送るためのキャリアガスを導入するために前記筐体(１５０)の１つの側壁に位置する導入口(１５１)をさらに有し、
    　前記排気流量が、前記噴霧機構から噴霧される前記ミストの流量と前記導入口(１５１)から導入される前記キャリアガスの流量との合計流量の３倍以上１０倍以下である、請求項１に記載の成膜装置。
  3. 　前記噴霧機構は、前記成膜材料を圧縮空気により微粒子化した前記ミストを噴霧する、請求項１に記載の成膜装置。
  4. 　前記噴霧機構は、前記ミストを噴霧する噴霧口(１３１)を各々有する複数のスプレーノズル(１３０)からなり、
    　前記複数のスプレーノズル(１３０)の各々の前記噴霧口(１３１)は、基板(２００)と対向し、かつ、平面視において基板(２００)の搬送方向と交差する方向に互いに間隔を置いて位置する、請求項１に記載の成膜装置。
  5. 　前記成膜室(１００)は、前記噴霧機構から噴霧された前記ミストを、平面視において基板(２００)の搬送方向と交差する前記方向における基板(２００)の端部に向かわせる送風機構をさらに有する、請求項４に記載の成膜装置。
  6. 　前記送風機構は、圧縮空気を噴出する複数の噴出口(１９１)を有するエアーノズル(１９０)からなり、
    　前記複数の噴出口(１９１)は、基板(２００)と対向し、かつ、平面視において前記複数のスプレーノズル(１３０)のうちの両端に位置するスプレーノズル(１３０)の前記噴霧口(１３１)の周囲に位置する、請求項５に記載の成膜装置。
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